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遺伝子治療を大きく前進させる光応答性ナノマシン

ナノマシンは生体内の特定部位（がん細胞などの標的細胞）に遺伝子などの分子をピンポイントで運ぶ有効な手段である。ただし、標的細胞への送達途中で標的外の臓器へ遺伝子が無秩序に放出されないよう、ナノマシンを慎重に制御する必要がある。

光を「スイッチ」としてナノマシンに刺激を与え、狙った部位で遺伝子を放出させる－これは生体内送達を制御するための潜在的に安全かつ効果的な方法である。今回、東京工業大学の西山伸宏教授と東京大学の片岡一則教授らは、固形がんに光を照射することで、がん細胞へ選択的に遺伝子を導入できるナノマシンを設計ならびに構築した。

研究者らが直面した課題のひとつは、コンポーネントのコンパートメント化であった。デンドリマー型光増感剤（DPc）などの感光性材料は、プラスミドDNA（pDNA）を内包した内核と直接接触した場合、遺伝子に光化学的ダメージを与え、不活性化してしまうのだ。

今回、片岡教授らのチームによって構築された新しいナノマシンは、層状構造の高分子ミセル（三層構造の自己集合体）をベースとしている。ミセルはpDNAを内包した内核、DPcを搭載した中間層、および生体内での移動中に内核を保護する親水性ポリマーの外殻層（ポリエチレングリコール）で構成される。

マウス腫瘍モデルを対象とした光応答性ナノマシンのin vivo試験において良好な結果が得られた。研究者らは、ナノマシンが腫瘍細胞に取り込まれた後、腫瘍に光を照射することで「スイッチ」を入れた。その結果、DPc媒介性の光反応が起こり、細胞内のエンドソーム膜が破れてDNAが腫瘍細胞核内へと導入され、続いて遺伝子が発現した。片岡教授らのチームは、光応答性ナノマシンが新しいドラッグデリバリーシステムとして、あらゆる疾患の治療に応用されると確信している。

Publication and Affiliation

Takahiro Nomoto1, Shigeto Fukushima2, Michiaki Kumagai2, Kaori Machitani2, Arnida2, Yu Matsumoto3, Makoto Oba4, Kanjiro Miyata3, Kensuke Osada1,5, Nobuhiro Nishiyama6 & Kazunori Kataoka1,2,3. Three-layered polyplex micelle as a multifunctional nanocarrier platform for light-induced systemic gene transfer. Nature Communications 5, 3545 (2014)

  1. Department of Bioengineering, Graduate School of Engineering, The University of Tokyo, 7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo 113-8656, Japan.
  2. Department of Materials Engineering, Graduate School of Engineering, The University of Tokyo, 7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo 113-8656, Japan.
  3. Center for Disease Biology and Integrative Medicine, Graduate School of Medicine, The University of Tokyo, 7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo 113-0033, Japan.
  4. Graduate School of Biomedical Sciences, Nagasaki University, 1-14 Bunkyo-machi, Nagasaki 852-8521, Japan.
  5. Precursory Research for Embryonic Science and Technology (PRESTO), Japan Science and Technology Agency (JST), 4-1-8 Honcho, Kawaguchi, Saitama 332-0012, Japan.
  6. Polymer Chemistry Division, Chemical Resources Laboratory, Tokyo Institute of Technology, R1-11, 4259 Nagatsuta, Midori-ku, Yokohama 226-8503, Japan.

*corresponding author, email address: nishiyama@res.titech.ac.jp, kataoka@bmw.t.u-tokyo.ac.jp

Figure:

新たに開発された、ターゲットを絞った遺伝子治療のための光応答性ナノマシンは、日本の研究者によって治験が始まっている。三層構造のミセルは、安全かつ効果的にマウス腫瘍モデルに対し遺伝子パッケージを送達した。